BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Teknologi ejector refrigeration telah lama diketahui dan dikembangkan, pertama kali ditemukan oleh Charles Parsons awal tahun 1900. Ejector pertama kali digunakan pada steam jet refrigeration system oleh Maurice Leblanc dan menjadi sistem refrigerasi gedung gedung besar saat itu sampai tahun 1930. Kemudian setelah ditemukan kompresor, siklus ini digantikan oleh siklus kompresi uap akibatnya penelitian dan pengembangan dari jet refrigeration system hampir sama sekali tidak dilakukan lagi [1]. Ejector refrigeration nampaknya dapat diaplikasikan menjadi sistem yang tepat untuk sistem refrigerasi skala besar pada situasi krisis energi sekarang ini. Karena ejector refrigeration dapat memanfaatkan panas yang terbuang dari berbagai proses seperti sistem pembakaran, sistem pembangkit daya, dan proses-proses industri lainnya dan digunakan untuk menghaslikan proses refrigerasi atau pendinginan. Selain itu siklus steam ejector refrigeration memiliki konstruksi yang sederhana serta sedikit bagian bergerak sehingga secara ekonomis lebih rendah biaya perawatan dan operasionalnya dibanding siklus kompresi uap [2]. Selain itu pada sistem ini dapat digunakan air sebagai fluida refrigerant sehingga sangat ramah lingkungan [1]. Meskipun mempunyai banyak kelebihan tetapi siklus ejector refrigeration ini mempunyai kelemahan yaitu memiliki koefisien kinerja (COP) dan kapasitas pendinginan yang rendah. Sehingga diperlukan studi lebih lanjut guna mengetahui karakteristik dan fenomena yang terjadi dari siklus ejector refrigeration ini. Sehingga nantinya dapat digunakan sebagai dasar untuk menaikkan koefisien kinerja (COP) dan kapasitas pendinginan dari siklus ini. Gambar 1.1 menunjukan skema dari siklus ejector refrigeration, boiler, ejector dan pompa digunakan sebagai pengganti kompresor pada siklus kompresi uap. Prosesnya berawal dari tekanan dan temperatur tinggi yang dihasilkan dari boiler disebut dengan primary fluid atau motive fluid yang masuk ke ejector dengan kecepatan supersonic sehingga menghasikan tekanan yang rendah dari fluida refrigeran didalam 1
2 evaporator dan mengakibatkan refrigeran menguap pada temperatur rendah lalu masuk ke ejector dan disebut secondary fluid kemudian kalor yang diserap evaporator merupakan kapasitas dari refrigerasi [1]. Jadi dapat dilihat performansi refrigerasi dari siklus ini tergantung pada kemampuan ejector meningkatkan flow rate refrigerasi yang melalui evaporator atau parameter ini biasa disebut entrainment ratio. Gambar 1.1 Siklus Ejector Refrigeration. Entrainment ratio adalah perbandingan dari flow rate secondary fluid dengan primary fluid sesuai dengan persamaan berikut : (1.1) Oleh karena itu untuk meningkatkan nilai COP dari siklus ejector refrigeration dengan cara meningkatkan nilai entrainment ratio sebab COP dari siklus ejector refrigeration adalah perbandingan antara kalor yang diserap pada evaporator dengan kalor yang dibutuhkan pada boiler sesuai dengan persamaan : (1.2) Gambar 1.2 adalah gambar konstruksi dari ejector. Dalam kenyataanya sangat sulit untuk mendesain siklus ini sehingga didapat kapasitas refrigerasi dan COP sesuai
3 yang diinginkan, serta dapat bekerja baik dalam semua kondisi. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan mengenai aliran yang terjadi di dalam ejector serta pengaruh dari bentuk geometri ejector terhadap aliran yang terjadi. Sebab itu perlu dibangun suatu siklus ejector refrigeration skala kecil sehingga dapat diuji pengaruh pengaruh dari kondisi operasi serta bentuk geometri dari ejector terhadap Entrainment Ratio serta COP dari siklus tersebut. Gambar 1.2 Konstruksi ejector refrigeration. 1.2. PERUMUSAN MASALAH Bentuk geometri dan kondisi operasi ejector refrigeration berpengaruh terhadap performansi yang dihasilkan. Dengan melakukan variasi pada diameter primary nozzle akan diketahui diameter nozzle optimum yang dapat meningkatkan nilai entrainment ratio sehingga akan berpengaruh juga pada COP dari siklus ejector refrigeration. 1.3. BATASAN MASALAH 1. Siklus ejector refrigeration yang digunakan adalah siklus steam ejector refrigeration terbuka. 2. Fluida refrigerant yang digunakan adalah air. 3. Analisa dilakukan dengan memodifikasi diameter nozzle dari steam ejector refrigeration.
4 4. Hanya menganalisa entrainment ratio yang dihasilkan dari berbagai variasi diameter nozzle dari steam ejector refrigeration. 5. Pengujian dilakukan pada kondisi operasi boiler yaitu pada tekanan 3, 4, 5 kg/ dan dengan posisi nosel (NXP) tetap yaitu 100 mm masuk didalam mixing chamber dengan sudut 3,5 o dan panjang throat 72 mm. 1.4. TUJUAN Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui pengaruh variasi dari diameter nozzle (nozzle diameter) terhadap entrainment ratio. 2. Untuk mengetahui diameter nozzle optimum sehingga menghasilkan entrainment ratio dari steam ejector yang maksimum. 3. Untuk mengetahui pengaruh kondisi operasi tekanan boiler terhadap entrainment ratio dari steam ejector refrigeration. 4. Untuk mengetahui besarnya galat dari orifice plate flowmeter yang digunakan sebagai alat ukur. 1.5. METODE PENYELESAIAN MASALAH Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Studi Pustaka Studi pustaka adalah suatu metoda yang dipergunakan dalam penelitian ilmiah yang dilakukan dengan membaca dan mengolah data yang diperoleh dari literatur. Data yang dibaca adalah data yang berhubungan dengan hasil-hasil eksperimen. Data pustaka ini selanjutnya akan dipergunakan sebagai parameter dalam desain dan pembuatan siklus steam ejector refrigeration. 2. Desain dan Pembuatan Alat Uji Pada tahap ini didesain dan dibuat alat uji siklus steam ejector refrigeration. 3. Proses Pengujian dan Pengambilan Data Pada tahap ini dilakukan proses pengujian terhadap siklus steam ejector refrigeration. 4. Pengolahan dan Analisa Data
5 Pada tahap ini dilakukan verifikasi data yang diperoleh dari hasil pengujian dengan data pustaka dan dilakukan analisa perbandingan. 5. Penyusunan Laporan Setelah tahapan-tahapan diatas selesai dilakukan penyusunan, asistensi dilakukan dengan dosen pembimbing Tugas Akhir yang bersangkutan. Setelah mengadakan asistensi dengan dosen dan berdasarkan data-data yang diperoleh, kemudian penulis menganalisa dan mengambil kesimpulan serta saran mengenai penelitian yang telah dilakukan. 1.6. SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika dalam penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari enam bab, yaitu : BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metode penyelesaian masalah, dan sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Berisi tentang landasan teori sistem refrigerasi dan karakteristiknya seperti macam macam siklus refrigerasi, beban pendinginan dan COP, serta penjelasan tentang bagian-bagian dari ejector refrigeration dan proses yang terjadi di dalamnya. BAB III METODOLOGI PENELITIAN Berisi tentang keseluruhan alur proses penelitian termasuk prosedur pengujian serta berbagai peralatan yang digunakan untuk memperoleh data pengujian. BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Berisi tentang data yang dihasilkan kemudian proses pengolahan data serta analisa hasil pengujian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi tentang kesimpulan dan saran yang diambil dari hasil analisa pada bab - bab sebelumnya.